德國(guó)近半數(shù)用電來(lái)自于光伏，受到了行業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，但也有專家認(rèn)為，沒有綜合考慮發(fā)電負(fù)荷、用電負(fù)荷、電力交換等因素，就不能全面理解德國(guó)含高比例光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)運(yùn)行特性。對(duì)此，本文進(jìn)做了更進(jìn)一步剖析。

上周一篇《6月9日德國(guó)光伏出力超過系統(tǒng)負(fù)荷50%背后的故事》一文，受到了行業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，但也有專家認(rèn)為，沒有綜合考慮發(fā)電負(fù)荷、用電負(fù)荷、電力交換等因素，就不能全面理解德國(guó)含高比例光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)運(yùn)行特性。為此，能源研究院有關(guān)專家對(duì)6月9日德國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)做了更進(jìn)一步剖析，這對(duì)于我們更好地認(rèn)識(shí)光伏、理解新能源發(fā)電或許有所幫助。

問題一：新能源裝機(jī)和發(fā)電量快速增長(zhǎng)，未來(lái)是否不再需要那么多的常規(guī)電源？

回答一：否。在能源資源枯竭預(yù)期、環(huán)境保護(hù)、應(yīng)對(duì)氣候變化等客觀約束下，擺脫化石能源依賴成為人們對(duì)未來(lái)能源圖景的最美好愿望，但實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)比愿望殘酷。由于光伏和風(fēng)電受天氣條件影響，發(fā)電出力具有間歇性和不穩(wěn)定性，用專業(yè)術(shù)語(yǔ)講，就是容量可信度（capacity credit）很低。以德國(guó)為例，2014年第1-24周（2013年12月30日-2014年6月15日）德國(guó)各類型發(fā)電量構(gòu)成如圖1-1所示?？梢钥闯?，光伏電量在每一周里所占的比例差別非常大。尤其是在第四周（1月20-26日，如圖1-2），光伏最大瞬時(shí)出力僅為410萬(wàn)千瓦，僅占光伏總裝機(jī)容量的11%。該周內(nèi)光伏發(fā)電量?jī)H為8000萬(wàn)千瓦時(shí)，相當(dāng)于每天光伏滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間僅為18分鐘。在光伏、風(fēng)電均不給力的情況下，需要煤電、氣電、核電等常規(guī)電源頂上。

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圖1-1 2014年1-24周德國(guó)發(fā)電量構(gòu)成

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圖1-2 2014年第四周德國(guó)各類型發(fā)電出力情況

回到6月9日，這一天，光照條件非常好，光伏發(fā)電從早上六點(diǎn)開始，從17萬(wàn)千瓦快速攀升至中午13時(shí)的2300萬(wàn)千瓦（注：如果算上自發(fā)自用部分，光伏發(fā)電出力應(yīng)該在2600萬(wàn)千瓦左右），隨后逐步下降至20時(shí)的8萬(wàn)千瓦。除了出力的變化之外，光伏給電力系統(tǒng)帶來(lái)的最大挑戰(zhàn)，正如德國(guó)柏林電網(wǎng)公司工程師廖宇先生所言，是夜幕降臨后的晚上。當(dāng)夜間光伏出力為零，或者連續(xù)陰雨天時(shí)，電力系統(tǒng)要維持安全穩(wěn)定運(yùn)行，滿足用電負(fù)荷需求，必須依靠能夠靈活響應(yīng)的常規(guī)電源。因此，新能源越來(lái)越多地進(jìn)入電力系統(tǒng)之后，主要是發(fā)揮電量替代作用，而要滿足電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡要求，對(duì)常規(guī)電源的需求不僅不會(huì)大幅度減少，反而對(duì)其靈活性的要求越來(lái)越高。

問題二：新能源和分布式電源大多接入配電網(wǎng)，就地消納，對(duì)輸電網(wǎng)或者跨區(qū)域電網(wǎng)的需求會(huì)削弱嗎？

回答二：否。首先需要說明的是，分布式電源是一個(gè)相對(duì)概念，配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)也不存在嚴(yán)格的區(qū)分。目前，德國(guó)風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)總量約7000萬(wàn)千瓦，其中約90%接入110千伏及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)。這些新能源發(fā)電項(xiàng)目分布不均，在局部地區(qū)的特定時(shí)段（如日照條件非常好的中午），光伏發(fā)電出力有可能超過當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷，此時(shí)配電網(wǎng)向輸電網(wǎng)反向送電，光伏電量通過輸電網(wǎng)輸送至其他地區(qū)甚至跨國(guó)消納。德國(guó)6月9日光伏發(fā)電運(yùn)行特點(diǎn)也正好說明了這一特點(diǎn)。6月9日德國(guó)發(fā)電、用電及進(jìn)出口情況如圖2-1所示。

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圖2-1 6月9日德國(guó)發(fā)電、用電及進(jìn)出口情況

從圖2-1可以看出，6月9日中午光伏出力非常大，至中午13時(shí)光伏出力達(dá)到最高值，約2300萬(wàn)千瓦。從上午8點(diǎn)到下午18點(diǎn)，其他電源，包括常規(guī)電源（火電、核電、水電）、風(fēng)電、生物質(zhì)發(fā)電的出力，并沒有發(fā)生很大波動(dòng)，變化較大的是出口電力，這一點(diǎn)值得關(guān)注。我們發(fā)現(xiàn)，9日全天德國(guó)均處于電力凈出口狀態(tài)，而從早上6時(shí)開始，出口電力逐漸增大，至中午13時(shí)凈出口電力達(dá)到最大值，約1253萬(wàn)千瓦。隨后凈出口電力逐漸減少，至晚上18時(shí)降至302萬(wàn)千瓦。凈出口電力的增加與減少，與光伏出力曲線高度吻合。換言之，光伏大發(fā)的同時(shí)，伴隨著出口電力的增加，德國(guó)光伏消納依托了歐洲大電網(wǎng)。

眾所周知，德國(guó)電網(wǎng)處于歐洲大陸互聯(lián)電網(wǎng)樞紐位置，也是歐洲輸電運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟（ENTSO-E）的重要成員之一。德國(guó)與歐洲其他國(guó)家通過30條跨國(guó)聯(lián)絡(luò)線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。通過1條220kV以下線路、2條220kV線路、3條380kV線路與丹麥互聯(lián)；通過2條220kV線路、4條380kV線路與法國(guó)互聯(lián)；通過8條220kV線路與盧森堡互聯(lián)；通過5條380kV聯(lián)絡(luò)線與荷蘭互聯(lián)；通過1條220kV以下線路、2條220kV線路、2條380kV線路與波蘭互聯(lián)；通過1條380kV線路與瑞典互聯(lián)；通過20條220kV以下線路、11條220kV、3條380kV聯(lián)絡(luò)線與奧地利互聯(lián)；通過2條220kV以下線路、通過5條220kV線路、7條380kV聯(lián)絡(luò)線與瑞士互聯(lián)；通過4條380kV聯(lián)絡(luò)線與捷克互聯(lián)。6月9日13時(shí)德國(guó)與周邊國(guó)家電力進(jìn)出口情況如圖2-2所示。

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圖2-2 6月9日13時(shí)德國(guó)與周邊國(guó)家電力進(jìn)出口情況

可以看出，德國(guó)光伏出力最大時(shí)，大量向荷蘭、丹麥、法國(guó)、捷克、奧地利、瑞士出口電力。這一點(diǎn)不難理解，德國(guó)與周邊國(guó)家通過萊比錫電力市場(chǎng)進(jìn)行交易。當(dāng)?shù)聡?guó)中午光伏大發(fā)之時(shí)，電力系統(tǒng)供應(yīng)充足，電力市場(chǎng)價(jià)格大幅下跌，周邊國(guó)家可以按照非常便宜的價(jià)格從德國(guó)進(jìn)口電力。以此，光伏電量是消納了，爭(zhēng)議和問題也就產(chǎn)生了。德國(guó)光伏是得到高額政策補(bǔ)貼的，大量電量出口德國(guó)也就意味著德國(guó)將昂貴的光伏電量廉價(jià)賣給了周邊國(guó)家【注：2012年全年有56個(gè)小時(shí)的交易電價(jià)為負(fù)】，國(guó)內(nèi)光伏補(bǔ)貼也就隨之流出國(guó)外。但筆者認(rèn)為，盡管光伏發(fā)電與出口電量存在明顯的正相關(guān)性，但光伏上網(wǎng)之后就無(wú)法分辨出是光伏電還是煤電，所以，將出口電量視為光伏電量，似乎也有不妥。此為后話，這里暫且不論。[!--empirenews.page--]

問題三：德國(guó)電力系統(tǒng)已經(jīng)相對(duì)成熟完善，未來(lái)電力需求增長(zhǎng)有限，將來(lái)電力系統(tǒng)主要是更新替代退役設(shè)備，電力投資需求不會(huì)有特別大的增加？

回答三：否。作為發(fā)達(dá)國(guó)家，德國(guó)未來(lái)電力系統(tǒng)仍然有非常大的投資需求。主要包括兩個(gè)方面：一是電源投資需求仍然很大。正如前面分析的那樣，由于光伏等新能源發(fā)電具有不確定性，為了保證新能源發(fā)電幾乎為零的極端條件下，也能滿足用電需求，必須要有充足的常規(guī)電源作為備用，也就是說未來(lái)裝機(jī)裕度會(huì)越來(lái)越大。常規(guī)電源的投資需求仍然存在。二是電網(wǎng)投資需求仍然很大。新能源的大規(guī)模發(fā)展，不僅國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)要進(jìn)行相應(yīng)的改擴(kuò)建，輸電網(wǎng)也需要擴(kuò)容建設(shè)。此外，跨國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)也是未來(lái)德國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)領(lǐng)域之一，以便充分利用歐洲大系統(tǒng)資源，提高本國(guó)新能源開發(fā)比重。

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圖3-1 德國(guó)規(guī)劃建設(shè)的三條南北走向高壓輸電通道示意圖

根據(jù)有關(guān)研究，到2024年，德國(guó)需要新建2100公里直流線路和1500公里的交流線路，并對(duì)4900公里的現(xiàn)有交流線路進(jìn)行優(yōu)化加強(qiáng)，預(yù)計(jì)總投資約220億歐元。德國(guó)規(guī)劃建設(shè)的三條南北走向高壓輸電通道示意圖。國(guó)際能源署（IEA）研究表明，未來(lái)能源、電力及電網(wǎng)投資不僅要發(fā)揮市場(chǎng)資源優(yōu)化配置功能，更重要的是需要政府發(fā)揮引導(dǎo)作用，制定出吸引投資的政策機(jī)制框架。